地埋管地源热泵系统规划设计ppt课件.ppt

小区地埋管地源热泵系统设计规划 1 第一章地源热泵特点第二章项目概况第三章地埋管换热器设计第四章室外地源热泵循环干管系统设计第五章中央水泵站的设计第六章热水系统设计第七章系统主机配置方案第八章地源热泵空调系统经济性第九章地源热泵系统制取热水与太阳能系统制取专题分析第十章结论 2 第一章地源热泵特点 地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同 分为地埋管地源热泵系统 简称地埋管系统 地下水地源热泵系统 简称地下水系统 和地表水地源热泵系统 简称地表水系统 其中地埋管地源热泵系统 也称地耦合系统或土壤源地源热泵系统 考虑实际应用中人们的称呼习惯 同时便于理解 本规范定义为地埋管地源热泵系统 地表水系统中的地表水是一个广义概念 包括河流 湖泊 海水 中水或达到国家排放标准的污水 废水等 只要是以岩土体 地下水或地表水为低温热源 由水源热泵机组 地热能交换系统 建筑物内系统组成的供热空调系统 统称为地源热泵系统 3 地源热泵技术是利用水体温度相对稳定的特性 通过输入少量的高品位能源 如电能 实现水体与建筑物内部的热量交换 使低品位热能向高品位转变的冷 暖两用空调系统 对终端用户来说特别需要了解以下几个问题 1 高效 节能 节能率达40 70 地源热泵系统在提供能量的时候 70 的能源来源于水体 30 的能源来自电力 用于将水体中的热量 搬运 至室内 从能量转换的角度看 锅炉 电 燃料 供热系统 供热时只能将90 以上的电能或70 90 的燃料内能转换为热量供用户使用 而地源热泵的能效比最高可达4 7 因此它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能 比燃料锅炉节省二分之一以上的能量 运行费用仅为各种采暖系统的30 50 对于大型建筑 在过渡季节 可以同时实现外区供热和内区制冷 还可以将内区的热量转移到外区 从而更为节能 据美国环保署EPA统计 设计安装良好的地源热泵 平均可以节约用户40 以上空调供热制冷的运行费用 用温控器对热泵机组进行恒温控制 可根据室内人员的增减及室外阳光直射等负荷的变化控制机组的停启 将室内温度始终恒定在设定的温度范围内 既可达到制冷 或供热 的舒适效果 又可以避免浪费能源 使能源的利用和室内环境舒适程度最优化 这样不仅节省运行费用 而且便于分层 分区进行控制 计量 进而实现最大节能 4 2 绿色 环保地源热泵机组的运行没有任何污染 可以建造在居民区内 不需要锅炉 冷却塔等设备 没有煤 油 天然气等燃烧排放物污染 不需要堆放燃料废物的场地 不用远距离输送热量 3 使用寿命长 维护费用低地源热泵系统主机设备使用寿命长达25年 地下换热器采用高密度聚乙烯塑管 寿命长达50年以上 系统不设室外机 不设冷却塔 设备维修简易 费用低廉 地下换热器正常使用条件下无须维护 整个地源热泵中央空调系统采用可编程 智能化的远程中央计算机控制 具有随人流变化而自动调整地源热泵制冷或供暖 实现了节能最大化 运行费用最小化 它还可设置显示和实时记录功能 可存储 分析各种采暖 制冷 维修等经济及技术数据 促进系统运行的最优化 4 运行稳定可靠水体温度一年四季相对稳定 其波动的范围远远小于空气的变动 在一定深度下 其温度波动在10C以下 是很好的热泵热源和空调冷源 使得热泵机组运行更可靠 稳定 也保证了系统的高效性和经济性 不存在空气源热泵的冬季除霜和夏季保护等难点问题 5 5 一机多用 应用范围广地源热泵系统可供暖 空调 还可供生活热水 一机多用 一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统 特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物 地源热泵有着明显的优点 不仅节省了大量能源 而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求 减少了设备的初投资 地源热泵可应用于宾馆 商场 办公楼 学校等建筑 小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖 空调 6 可分期安装 分户计量可分期 分批投资安装主机 不占压开发资金 可实现独立计费 分户计量 方便业主对整个系统的管理 并可按照用户要求实现从最简单 起停 供热 制冷三档 到全智能 网络化的控制方式 7 地源热泵中央空调与常规中央空调的比较 见下图 6 7 第二章项目概况 一 工程建筑概况项目所在地苏州属亚热带湿润气候 年平均气温15 3 年降水量1106 5毫米 6月中旬 7月初为梅雨季节 7 8月极端最高气温有时高达40 一般也在35 左右 苏州地区全年气候资源统计 8 本项目名称为 小区D组团地块 根据甲方提供的规划设计方案及江苏省 设计院提供的6栋叠加别墅设计图纸 通过估算获知D组团地块总建筑面积 含地下1层提供给业主使用的面积 为62920m2 建筑物拟使用空调面积情况 9 空调形式计划采用地埋管地源热泵系统 通过地下打井埋管进行冷热源换热 即土壤源偶合热泵的热源形式集中供给冷热源 各户的空调选用水水式全热回收地源热泵机组 每户一台 此系统空调形式即完全发挥了地源热泵系统运行费用低廉的绝对优势 同时又可实现分户使用控制 各业主根据需要开启空调机组并能提供卫生生活热水 通过中央泵房的自动伺服运行 为各运行空调机组提供冷热源 二 系统总冷热负荷计算该组团的开发步骤和设计院出图步骤为按区域 分阶段逐步开发 为配合这样的特点 空调系统的设计 亦根据开发步骤 考虑建筑功能要求 结合空调需要的能源配套 以有利于控制投资节奏为出发点 综合考虑 根据设计图提供的本工程总体夏季冷负荷5912kw 冬季热负荷4138kw 10 三 设计依据设计规范依据1 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 2 地源热泵系统工程技术规范 GB50366 2005 2009版3 通风与空调工程施工及验收规范 GB50243 2002 4 给排水管道施工及验收规范 GB50286 97 5 建筑给水排水设计规范 GB50015 2003 6 电气装置安装工程施工及验收规范 GB50254 9 1996 7 建筑安装分项施工技术操作规范 DB21 900 1996 8 外墙外保温工程技术规程 LGL144 2004 11 室外参数 常熟 位置 北纬31 46 东经119 57空调室外气象参数 12 四 主机选型本工程设计根据实际情况设置为每户一台 主机选用水水式全热回收地源热泵机组 具体型号参见设计图设计施工说明确认 满足建筑制冷 采暖 生活热水的需要 13 第三章室外地埋管换热器设计 一 设计思路据设计院提供建筑建筑物负荷指标估算空调总冷负荷为5912KW 总热负荷为4138KW 设计和计算均依据 1 设计图纸和甲方提供的总体规划平面图 2 甲方提供的由 大学完成的 热响应测试报告 根据工程现状和建筑场地条件 采用竖直双U埋管的形式 换热管采用外径25mmPE100聚乙烯管 设计在小区空地及建筑基坑范围内打孔 孔径150mm 设计有效换热深度为88m 孔间距4 0m 约每12个孔为一组 局部因便于水平管敷设及避让桩基做相应调整 考虑避让其他专业管线 如给排水管 电缆等 同时考虑管路热量损失 成孔困难 预留进出重型设备及车道位置等情况 由于埋管数量比较多 为便于检修 将换热孔分为13个分区 每个分区6组并设检修井 埋管区域地埋管水平干管埋深在地下2m以下 避开其他专业管线 14 本设计采用一级分集水器 一级分集水器置于专设的检查井内 分组的地埋管环路首先接入相应的一级分集水器 为了合理分配各个环路的水量 在一级集水器总管上加装平衡阀 各地埋管一级分集水总管按同程布置再接入机房内 这样就避免了环路过多且各个环路阻力相差过大造成的水力失调现象 回填料特性 垂直地埋管使用膨润土及沙石回填 以保证和周边土壤的换热系数大体一致 地表地沟回填料用细砂 应采用网孔不大于2mm 2mm的筛进行过筛 保证砂子不含有尖利的岩石块和其他碎石 为保证回填均匀且回填料与管道紧密接触 回填应在管道两侧同步进行 管道之间的回填压实应与管道槽壁之间的回填压实对称进行 各压实面的高差不宜超过30cm 管腋部采用人工回填 确保塞实 捣实 重点做好管道层上方15cm范围内的回填 管道两侧和管顶以上50cm范围内 应采用轻夯实 严禁压实机具直接作用在管道上 15 二 地埋管计算系统夏季放热量估算得出地源热泵系统所需总冷热负荷后 即可进行地埋管换热器估算 地源系统取热量和放热量与系统冷 热 负荷和热泵机组的输入功率有关 以热负荷取值计算 系统冬季取热量计算如下 Q QR 1 1 e 公式1 式中 Q 冬季机组向地下取热量 KW QR 冬季装机热负荷 KW e 热泵制热能效比 4Q 4817 1 1 4 3612KW 考虑系统峰值负荷或土壤等不定因素 取放大系数1 14 即冬季地埋管系统所需提供吸热量约为4117KW 地埋孔数量钻孔数量可根据所需换热量 钻孔尝试 单位长度换热量计算 钻孔的单位长度换热量应采用测试孔进行换热实验 实测地埋管换热器取热能力 放热能力 该项目甲方委托扬大做了换热实验 每延米换热能力50W 按照业主提供测试报告最低数值与最高数值的中间数值计算 孔数量按下式计算 N Q 50 88 4117 1000 50 88 935个式中 N 所需钻孔个数 Q 夏季系统放热量 16 第四章室外地源热泵循环干管系统设计 本设计方案按以下设计思路 a 所有地源热泵循环干管采用直埋设计 埋深2m b 干管与支管连接处设检查井 c 考虑整个循环水系统的平衡 循环干管采用同程式设计 d 所有干管均采用无缝钢管 阀门材质均采用铸钢阀门 安全可靠 e 直埋干管考虑管道热胀冷缩补偿量 f 直埋干管考虑管防腐措施 g 若出现管线交叉问题 循环水干管 给水干管 污水干管布置优先顺序依次为污水干管 循环水干管 给水干管 17 第五章中央水泵站的设计 中央水泵站的设计按以下原则设计 a 所有水泵容量充足 完全满足总流量要求且并联运行b 水泵的吸入端应该配备带滤网的空气分离器 泻水排污阀和放气阀 以上措施也可以阻止在设备维修时入侵系统的空气进入地热交换器 c 注水或补水管路必须设置逆止阀 关断阀 减压阀 隔膜式膨胀灌 并与顶部的空气分离器相连接 d 确定由于环路温度变化引起的系统容积的最大变化 并据此进行隔膜式膨胀灌的选型 e 在水泵前后各设置一个断阀以确保能够将系统关断 设置逆止阀的目的式防止水锤的产生 并通过标定过的平衡阀 孔板来测量总流量 f 确信中央水泵站中的元件和管件能负担系统运行时的预期水压 18 利用热泵机组的热回收系统 置换 加热 到45 55 可调 的生活热水 储水罐与热泵机组为承压密闭方式循环制热 循环水泵与机组联动并配有单独的控制和操作显示面板 自动运行 热水利用自来水的压力送出 在供水管路上设计安装一台循环水泵 并设有温度自动控制装置 使管道内的热水温度自动 恒温 消除冷水头 在提供热水的同时还承担节水的责任 制热储水罐根据热水用量定制 采用不锈钢材料加工制作 管道采用PP R管材 系统安装完毕罐体及管道作保温处理 第六章热水系统的设计 19 第七章系统主机配置方案 一 主机运行参数系统初步选择 采用水水式地源热泵机组约174台 机组运行参数如下 注 详细参数见地源热泵机组产品样本 20 二 机组系统运行原理 21 三 地源系统运行原理典型地埋管地源热泵系统运行原理图 22 竖直地埋管与集分水器 机房连接示意图 23 第八章地源热泵空调系统经济性 一 地埋管换热器及主机初投资概算 元 说明 有效深度指负二层基坑下一米开始计算 24 二 国内相关资料中对制冷采暖空调形式费用比较 25 三 经济性分析地源热泵系统 初投资分析为使分析报告具可比性 特与以下系列机组进行对照 1 变冷媒流量 变频 形式主机及各类冷媒直接蒸发的室内送风机2 地源热泵系统据每户负荷计算出多联机系统数量及配置可计算出系统所需功率 由于室内部分两个系统相差不大 且项目不考虑室内安装 现只对地源热主机 水泵功率与多联机室外机功率进行比较 地源热泵与多联机型号对照表 26 计算依据以具体设备参数 见机组性能参数表 由于室内部分初投资大致相等 故这里只比较室外设备部分 机组价格为市场中档品牌估价 不考虑地区差异 说明 初投资估价不含室内部分 27 初投资直线比较图 28 四 性能分析 29 计算依据制冷期5个月 制热期3个月 空调运行时间为每天12小时 由于空调机组存在经常开停现象 设停机系数为0 8 电费按0 6元 度 系统的水泵及末端风机盘管的耗电量较小 这里主要分析主机的能耗 建筑物各负荷比例的天数 参考 负荷率分布表 五 运行费用分析 机组耗电功率 30 地源热泵系统运行费用 31 VRV机组运行费用 32 运行费用直线比较图 33 六 维护费用分析 34 综合分析 说明 1 以上数据均出于理论推算 实际报价根据暖通图纸及工程要求核定 如有误差 敬请谅解 2 室内安装部分未纳入分析 3 初投资部分没有包括太阳能投资 35 差价两两比较 以上多联机运行费是标况下运行费用 考虑到多联机冬季能耗会增加20 左右 夏季室外高温情况下 能耗会增加10 左右 综合考虑 多联机运行费会再增加15 左右 按平均能耗计算 多联机系统比地源热泵系统在冷热泵侧运行费用上每年要多出600000元 综上所述 地源热泵空调系统较之多联机系统初投资主要高在地埋管换热器上 而运行费用则大大低于多联机空调系统 节约能耗约40 左右 社会效益 环境保护效益及业主享受的空气调节品质明显提高 业主后期使用的空调成本明显下降 36 第九章地源热泵系统制取热水与太阳 一 各种热源热值 能系统制取热水专题分析 37 二 1吨热水成本分析 注 1 吨生活热水所需热值为40000大卡 按400C温差计算 2 以上未计算循环水泵耗能 38 三 项目生活热水制取运行分析1 考虑本项目使用热水情况 热水费用分户制取 按25KW机组比较 生活热水需求量按每天每户300L计算 2 使用地源热泵系统制取生活热水耗能 A 夏季 参考苏州常熟地区季节统计资料 平均夏季节为120天 热水来源于空调系统运行时的冷凝系统环路热量回收 无需耗能 B 冬季 参考苏州常熟地区季节统计资料 平均冬季节为80天 热水来源于空调系统运行时的蒸发系统环路热量回收 需要消耗部分电能 每产生1吨热水平均需要付出7 5元 含保持水箱水温的成本 的电力成本 C 春秋季节 参考苏州常熟地区季节统计资料 平均冬春秋季节为160天 如使用空调 则仍然可以使用免费热水 如没用使用空调的需要 只有使用生活热水的需要 则主机在制取生活热水的状态下运行 每产生1吨热水平均需要